Тяговый генератор переменного тока ГС-501Л тепловоза 2ТЭ116

Тяговый генератор ГС-501А переменного тока предназначен для эксплуатации на тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока и служит для преобразования механической энер­гии дизеля в электрическую.

Вырабатываемый генератором трехфазный переменный ток часто­той 100 Гц идет в выпрямительную установку, а затем выпрямлен­ный — к тяговым электродвигателям постоянного тока.

Генератор ГС-501А представляет синхронную электрическую ма­шину защищенного исполнения с явно выраженными 12 полюсами на роторе, с независимым возбуждением, с принудительной вентиля-


цией. Охлаждающий воздух подается осевым вентилятором через сборный стальной патрубок со стороны, противоположной контакт­ным кольцам (со стороны дизеля). В нижней части подшипникового щита под контактными кольцами укреплен стальной патрубок для выброса в атмосферу нагретого воздуха. При необходимости воздух может частично выбрасываться в кузов тепловоза.

Охлаждающий воздух забирается снаружи тепловоза через воздуш­ные фильтры, установленные с боков кузова. В фильтрах воздух очи­щается от пыли, снега, масла, капель воды.

Вращение генератора по часовой стрелке, если смотреть со сторо­ны контактных колец.

Состоит генератор ГС-501А (рис. 4.10) из неподвижной части ста­тора 9, в пазах которого располагаются две трехфазные обмотки, и вращающейся части — ротора 7 с полюсами возбуждения, питаемы­ми постоянным током через кольца и щетки.

Статор имеет сварной корпус, изготовленный из стальных ли­стов, которым с помощью вальцевания придается цилиндрическая форма. К корпусу статора параллельно его оси с двух сторон при­вариваются опорные лапы для установки генератора на поддизель-ную раму. Перпендикулярно лапам для повышения их жесткости приварены к корпусу статора стальные ребра с проушинами, пред­назначенными для подъема и транспортировки генератора. В верх­ней части корпуса приварены кронштейны, служащие опорами для установки на генераторе синхронного возбудителя и стартер-гене­ратора.

Статор выполнен из штампованных листов высоколегированной электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В листах имеются от­верстия, образующие вентиляционные каналы. В пазах статора уло­жена волновая двухслойная обмотка 10, катушки которой изолирова­ны от корпуса полиамидной и активированной фторопластовой плен­ками с выстилкой паза пленкостеклотканью.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения обмотка выполнена по схеме двух независимых звезд (с двумя параллельными ветвями в каждой), сдвинутых одна по отношению к другой на 30° эл. Секция обмотки прямоугольной формы, соответствующей форме паза сердечника, выполнена из девяти уложенных друг на друга широкой стороной медных проводников. Лобовые части обмотки крепятся к


16'

Рис. 4.10. Продольный и поперечный разрез тя­гового синхронного ге­нератора ГС-501А:

1 —дистанционные коль­
ца подшипникового узла;

2 — сферический ролико­
подшипник; 3 — ступица
подшипника; 4 — крыш­
ка подшипника; 5 — кон­
тактные кольца; б —
щеткодержатель со щет­
кой; 7 — ротор; 8— щит
подшипниковый; 9 — ста­
тор; 10 — обмотка стато­
ра; 11 — катушка полюса
ротора; 12 — полюс рото­
ра; 13 — демпферная об­
мотка; 14 — кольцо; 15 —
катушка полюса ротора;
16 — выводы; 17 —вен­
тиляторный канал; 18 —
паз; 19 — демпферная

обмотка



корпусу статора с помощью пластмассовых обмоткодержателей с за­прессованными в них шпильками. Система выводов обмотки статора усиленная, и пайка их к шинам производится серебросодержащим припоем. Всего шесть фазных, два нулевых вывода и два вывода об­мотки возбуждения.

Ротор (рис. 4.11) имеет сварно-литой корпус, на который на-шихтован и спрессован пакет из двухмиллиметровых стальных листов индуктора. В этих листах выштампованы пазы формы «ла­сточкина хвоста», в которых на готовом корпусе ротора клиньями крепят 12 полюсов 12 (см. рис. 4.10) моноблочной конструкции. До шихтовки листов индуктора в корпус запрессовывают и меха­нически обрабатывают вместе с ним вал ротора. Сердечник полю­са ротора набран из листов стали толщиной 1,4 мм, спрессован и стянут четырьмя стальными шпильками. Катушки полюсов рото­ра 11 выполнены из медной ленты МГМ размером 1,35 х 25 мм, гнутой «на ребро». Между витками меди проложена изоляция, и катушка пропитана в сборе с сердечником полюса в эпоксидном компаунде и имеет изоляцию типа «Монолит 2» класса F. Все вы­воды полюсов ротора с помощью контактных сегментов и болтов соединены последовательно, катушки с прямой и перекрещенной намоткой витков меди устанавливаются на роторе через одну. В пазы полюсных наконечников встроена демпферная (успокои­тельная) обмотка 13, состоящая из медных стержней, соединенных между собой по торцам короткозамыкающими сегментами и про­паянных в них. Эта обмотка снижает перенапряжения на фазах при динамических режимах работы генератора.

С противоположной стороны ротора имеется фланец, с помощью которого через эластичную пластинчатую муфту ротор соединен с фланцем коленчатого вала дизеля.

Генератор с одним подшипниковым щитом и свободным концом вала со стороны контактных колец допускает отбор мощности на соб­ственные нужды тепловоза в случае отсутствия специального источ­ника.

Подшипниковый щит 8 сварной конструкции укреплен болтами на корпусе статора. В щите имеется выемная ступица 3, обеспечиваю­щая возможность замены роликоподшипника 2 без снятия щита с ге­нератора и без отъема генератора от дизеля. Подшипниковый щит яв-


 

2С,

1С

МО

 


Рис. 4.11. Схема соединений генератора ГС-501А

ляется несущей частью, так как на ступицу через роликовый подшип­ник опирается одной стороной ротор. Подшипник ротора самоуста­навливающийся, двухрядный, со сферическими роликами. Конструк­ция подшипникового узла обеспечивает сброс отработанной смазки в специальную камеру. (Применена консистентная подшипниковая смаз­ка буксол.) Узел смонтирован на валу ротора со стороны контактных колец. Крышки подшипникового узла стягиваются болтами, проходя­щими через осевые отверстия в теле ступицы.

Во внутренней полости подшипникового щита на изогнутых реб­рах с помощью четырех изоляторов закреплены две подвески, на каж­дой из которых установлены три радиальных латунных щеткодержа­теля б.


 

 

Рис. 4.12. Щеткодержатель тягового генератора ГС-501А: 1 — корпус щеткодержателя; 2 — ось; 3 — рычаг нажимной с пружиной; 4 —

втулка пружины

Конструкция щеткодержателя (рис. 4.12) предусматривает постоянное усилие нажатия пружины на щетку независимо от вели­чины износа последней. Щетка вставляется в щеткодержатель и при­жимается пружиной через рычаг к контактному кольцу ротора. Все­го шесть щеток марки ЭГ-4 размером 25 х 32 х 64 мм, снабженных резиновыми амортизаторами, через которые на щетку передается по­стоянное усилие нажатия рычага пружины, равное 1,7 х 2 кгс. Ток к щеткам подводится по плетеным медным проводникам, наконечники которых через подвески соединены с выводами обмотки воз­буждения. Контактные кольца 5 (см. рис. 4.10), изготовленные из


специальной антикоррозионной стали, напрессовываются на корпус ротора в горячем состоянии и изолированы от него. Камера контак­тных колец закрыта легкосъемными сварно-штампованными крыш­ками, установленными по периметру конусной части подшипнико­вого щита. Торцевая сторона подшипникового щита (верхнее основа­ние усеченного конуса) закрыта плоскими штампованными щитками из листовой стали.

Конструкцией генератора предусмотрено предохранение всего кре­пежа от самоотвинчивания и коррозии.

4.4. Тяговые электродвигатели

Тяговый электродвигатель предназначен для привода колесных пар тепловоза через одноступенчатый прямозубый редуктор. Как прави­ло, в качестве тяговых электродвигателей используются электричес­кие машины постоянного тока с последовательным возбуждением, нашедшие признание в локомотивостроении благодаря характерис­тикам, обеспечивающим автоматическое регулирование вращающего момента от частоты вращения и наиболее близко удовлетворяющие требуемым тяговым параметрам локомотива.

К недостаткам таких электродвигателей следует отнести их склон­ность к значительному повышению частоты вращения при сбросе нагрузки, например, при боксовании колесных пар тепловоза, что тре­бует создания защитных устройств, как правило, в виде электрических схем. Схемы защиты от боксования будут тем сложнее, чем полней используется сцепной вес при реализации тяговой силы.

На тепловозах 2ТЭ116 и 2ТЭ10М установлено шесть тяговых электродвигателей. Каждая колесная пара тепловоза 2ТЭ116 приво­дится во вращение тяговыми электродвигателями ЭД-118А, а 2ТЭ10М — ЭД-118Б, но их различия в конструкции незначительны, поэтому рассмотрим устройство на примере тягового электродвига­теля типа ЭД-118Б.

Техническая характеристика тягового электродвигателя ЭД-118Б

Мощность, кВт.................................................................................................... 305

Напряжение, В ............................................................................................. 463/691

Ток,А............................................................................................................. 720/482


Частота вращения, об/мин......................................................................... 585/2230

КПД,%............................................................................................................... 91,6

Расход охлаждающего воздуха, м3/с..................................................... 1,33—1,25

Статическое давление охлаждающего воздуха, Па........................................ 1570

Момент на валу, Н-м........................................................................................ 4983

Максимальное значение кратковременного тока, А...................................... 1100

Тяговый электродвигатель представляет собой электрическую ма­шину постоянного тока последовательного возбуждения с добавоч­ными полюсами. На рис. 4.13 дана схема соединений обмоток тягово­го электродвигателя. Стрелками показано направление тока, при ко­тором полюсы имеют обозначенную на схеме полярность, а якорь — обозначенное направление вращения. Тяговый электродвигатель рас­считан на реверсивную работу.

Магнитный поток главных полюсов, взаимодействуя с током якор­ной обмотки, создает на валу якоря тягового электродвигателя враща­ющий момент, передаваемый через редуктор колесной паре. Добавоч­ные полюсы служат для создания коммутирующего магнитного пото­ка, способствующего обеспечению коммутации якорной обмотки без подгара коллекторных пластин и щеток. Для обеспечения широкого диапазона изменения частоты вращения вала якоря тягового электро­двигателя в схеме тепловоза предусмотрены две ступени ослабления магнитного потока главных полюсов и гиперболическая форма внеш­ней характеристики тягового генератора. В отличие от обычных элек­трических машин постоянного тока тяговый электродвигатель имеет конструктивные особенности, связанные со специфическими услови­ями работы и монтажом его на тепловозе (габаритные размеры и фор­ма из-за необходимости вписывания в пространство, ограниченное шириной колеи и диаметром колеса тепловоза и типом подвески элек­тродвигателя; вибрация и удары на стыках рельсов, воздействие сне­га, дождя, пыли; температурный интервал окружающей среды от -50 до +40 °С). Вентиляция независимая, осевая, принудительная от вентилятора, приводимого валом дизеля через редуктор, вход охлаж­дающего воздуха в электродвигатель со стороны коллектора.

Тяговый электродвигатель (рис. 4.14) состоит из следующих ос­новных сборочных единиц: магнитной системы, якоря, подшипнико­вых узлов, моторно-осевых подшипников, щеткодержателей.


 

Рис. 4.13. Схема соединения обмоток тягового электродвигателя ЭД-118А

(вид со стороны коллектора):

1 — полюс главный (катушка открытая); 2 — полюс добавочный; 3 — по­люс главный (катушка перекрещенная); Я, ЯЯ — начало и конец обмотки якоря; К, КК — начало и конец обмотки возбуждения

Магнитная система — элемент магнитопровода и конструктив­ный каркас тягового электродвигателя—состоит из остова 10, моно­блоков главных и добавочных полюсов, межкатушечных соединений, выводных проводов и кронштейнов 6 для крепления щеткодержате­лей 5.

Остов восьмигранной формы отлит из стали с небольшим содержа­нием углерода. В остов выполнены расточки поверхностей под установку подшипниковых щитов и моторно-осевых подшипников. Остов имеет выступы для размещения пружинной подвески на тележке тепловоза, вентиляционные люки для входа и выхода охлаждающего воздуха и доступа к внутренним поверхностям электродвигателя при осмотрах и ремонтах.

Главные и добавочные полюсы состоят из сердечников 12,13 и ка­тушек 9,15, соединенных в единый моноблок с помощью эпоксидно­го компаунда, что исключает возможность перемещения катушки


 


Рис. 4.14. Электродвигатель постоянного тока тяговый типа ЭД-118Б: 1 — трубка подачи смазки; 2 — коллектор; 3 — подшипник роликовый; 4 — щит подшипниковый; 5 — щеткодержатель; 6 — кронштейн; 7 — щетка; 8 — палец щеткодержателя; 9 — катушка добавочного полюса; 10 — остов; 11 — шайба нажимная передняя; 12 — сердечник добавочного полюса; 13 — сер­дечник главного полюса; 14 — якорь необмотанный; 15 — катушка главного полюса; 16 — катушка якорная; 17—шайба нажимная задняя; 18 — дренаж­ное отверстие; 19 — лабиринтное кольцо; 20 — вал якоря; 21 — подшипник; 22 — щит подшипниковый

относительно полюса при вибрации и предотвращает перетирание изоляции.

Сердечники главных полюсов набраны из стальных листов, стяну­тых заклепками и стальным стержнем с отверстиями с резьбой для болтового крепления.

Сердечники добавочных полюсов выполнены из стального проката с отверстиями для болтового крепления и уголками из немагнитного материала, соединенными с сердечником с помощью заклепок. Угол­ки служат опорой для катушки. Между сердечником добавочного по­люса 12 и остовом 10 установлена прокладка из немагнитного мате­риала, которая является неотъемлемой частью магнитной цепи элект­родвигателя.

Катушки главных и добавочных полюсов изготовлены из медной шины. Намотка катушек главных полюсов производится плашмя, до­бавочных —на ребро. Параметры катушек даны в табл. 4.2. Изоляция

Таблица 4.2 Параметры якорных катушек и уравнительных соединений

 

  Обмотка
Основные данные главных добавочных якоря уравнительных
  полюсов полюсов   соединении
Число витков — —
Марка провода МГМ МГМ ПЭТ-ВСД МГМ
Размеры 8x25 6x30 1,7 х 6,3 1,7 х 5,0
неизолированного        
провода, мм        
Число катушек
Число
параллельных        
проводов        

катушек главных и добавочных полюсов — из стеклосодержащих материалов и эпоксидного компаунда класса F, допускающая пере­грев до 155 °С.

Соединения между главными полюсами набраны из гибких шин и имеют двусторонний обхват выводов, между добавочными полюса­ми — специальным проводом. Соединительные шины и провода для уменьшения нагрузки на выводы катушек прикреплены к остову че­рез резиновые амортизаторы.

Якорь электродвигателя состоит из вала 20, передней 11 и зад­ней 17 нажимных шайб, пакета листов якоря, коллектора 2, уравни­тельных соединений и катушек якорных 16. Вал предназначен для пе­редачи вращающего момента и монтажа элементов якоря, изготовлен из легированной стали с большими радиусами переходов от одного диаметра к другому для снятия концентрации напряжения и конус­ным концом вала под посадку шестерни тягового редуктора. На ко­нусном конце вала предусмотрены отверстия для обеспечения мас-лосъема шестерни. Нажимные шайбы изготовлены из стальных отли­вок и, кроме того, выполняют роль обмоткодержателей. Пакет листов якоря выполнен из электротехнической стали. Листы имеют пазы для размещения якорных катушек и вентиляционные отверстия. После штамповки листы дважды покрывают изоляционным лаком с обеих сторон.

Коллектор 2 арочного типа состоит из конуса, втулки, манжет, ци­линдра, комплекта коллекторных пластин и миканитовых прокладок, болтов, соединяющих конус и втулку. Конус и болты изготовлены из легированной стали. Втулка из стального литья. Манжеты изготовле­ны из миканита, цилиндр — из фторопластовой пленки. Коллектор­ные пластины изготовлены из профильной меди с присадкой кадмия либо серебра, что обеспечивает повышенную стойкость к истиранию. Пластины изолированы друг от друга миканитовыми прокладками, а от корпуса — миканитовыми манжетами и фторопластовым цилинд­ром. Для обеспечения нормальной работы щеток и исключения пере­крытия по поверхности в готовом якоре миканитовые прокладки фре­зеруют на глубину до 1,5 мм.

Уравнительные соединения представляют собой катушки из неизолированной медной проволоки и предназначены для исключе­ния или уменьшения влияния уравнительных токов в якорной обмот-


ке, изолируются стеклосодержащей лентой на основе эпоксидного компаунда. Якорные катушки /6изготовлены из изолированного про­вода. Параметры якорных катушек и уравнительных соединений даны в табл. 4.2. Изоляция якоря выполнена на основе стеклосодержащих материалов и эпоксидных смол.

Обмотки якоря соединены с коллектором пайкой серебросодержа­щим припоем или сваркой неплавящимся электродом в среде инерт­ного газа. Пропитка якоря вакуум-нагнетательная в лаке на эпоксид­ной основе. От центробежных усилий обмотка якоря удерживается с помощью клиньев в пазовой части и стеклобандажной лентой в лобо­вых частях.

Якорь проходит динамическую балансировку с устранением дис­баланса специальными грузами, располагаемыми в кольцевых пазах с обеих сторон якоря. Якорь окрашен электроизоляционной эмалью горячей сушки. Класс нагревостойкости обмотки якоря F допускает перегрев до 140 °С, как вращающаяся обмотка по ГОСТ 2582—81.

Подшипниковые узлы состоят из массивных стальных литых щи­тов 4,22 роликовых подшипников 3,21, наружных и внутренних кры­шек с лабиринтными аэродинамическими уплотнениями. Для подшип­ников применяется консистентная смазка типа ЖРО, обеспечиваю­щая работоспособность узла во всех климатических зонах. Подшип­никовые узлы снабжены трубками 1 для добавления смазки в эксплу­атации и камерами сброса отработанной смазки.

Моторно-осевые подшипники обеспечивают вращение оси колес­ной пары и являются элементом подвески тягового электродвигателя. Конструкция моторно-осевых подшипников рассмотрена при описа­нии тележки тепловоза.

Корпус щеткодержателя 5 литой, латунный. Нажатие на щетки 7 осуществляется пружинами. Имеется устройство для регулировки нажатия, приспособление для фиксации пружины в поднятом поло­жении. От корпуса щеткодержатель изолирован пальцами с фторо­пластовыми цилиндрами. Электрографитированные щетки разрезные типа ЭГ-61 2 х (12,5 х 40 х 60) мм с резиновым амортизатором, обес­печивающим демпфирование вибрации, уменьшение износа и сни­жение влияния отклонений от требуемой геометрии поверхности кол­лектора.


4.5. Двухмашинные агрегаты и возбудители. Стартер-генераторы